طراحی بهینه و بررسی عملکرد چرخه یی سیستم دوگانه ی قاب خمشی فولادی متوسط مجهز به مهاربند ضربدری دوطبقه یی کمانش‌تاب مرکزگرا

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

دانشکده ی مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در سال‌های اخیر، سیستم‌های باربر جانبی مرکزگرا به دلیل کاهش جابه‌جایی پسماند، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته‌اند. یکی از جدیدترین این نوع سیستم‌ها، مهاربندهای مرکزگرای کمانش‌تاب هستند. در این تحقیق به بررسی عملکرد چرخه‌یی سازه‌ی ۹ طبقه با سیستم دوگانه‌ی مجهز به مهاربند کمانش‌تاب مرکزگرا با کابل پیش‌تنیده پرداخته شده است. با تغییر سه پارامتر مؤثر بر عملکرد مهاربند شامل تنش تسلیم هسته، میزان پیش‌تنیدگی و نسبت مساحت کابل به هسته‌ی کمانش‌تاب، ۶۲ مدل سازه‌یی در نرم‌افزار O‌p‌e‌n‌S‌E‌E‌S شبیه‌سازی شد. با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی مصالح نمودار هیسترزیس سازه‌ها تحت بارگذاری چرخه‌یی، محاسبه و ترسیم شد. طراحی بهینه برای این مدل‌ها بر اساس کم‌ترین جابه‌جایی پسماند و بیش‌ترین جذب انرژی ممکن انجام شد. در پایان با مقایسه‌یی که انجام شد، مشخص شد که سازه با مهاربند مرکزگرای بهینه در مقایسه با سازه با مهاربند کمانش‌تاب می‌تواند در ازای ۳۷ درصد کاهش ظرفیت جذب انرژی، ۶ درصد از جابه‌جایی پسماند سازه بکاهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimized design and investigation of cyclic behavior of dual intermediate steel moment resisting system equipped with self-centering buckling restrained 2-story-X-brace

نویسندگان [English]

  • M.R. Ahadpour khaneghah
  • E. Mohammadi Dehcheshmeh
  • V. Broujerdian
D‌e‌p‌t. o‌f C‌i‌v‌i‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g I‌r‌a‌n U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y o‌f S‌c‌i‌e‌n‌c‌e a‌n‌d T‌e‌c‌h‌n‌o‌l‌o‌g‌y
چکیده [English]

Conventional seismic resistant systems generally dissipate earthquake energy through the plastic deformation of structural elements. These systems withstand high residual displacements increasing the cost of repair or even necessitate reconstruction of the building. In recent years, researchers have focused on self-centering lateral load resisting systems due to earthquake energy absorption in replaceable elements and reduced residual displacement. One of the recent types of these systems is self-centering buckling restrained 2-story-X-brace system. In this study, the hysteretic performance of a 9-story structure with a dual steel moment resisting frame system equipped with a self-centering buckling restrained brace is investigated.

At first, the parameters affecting the performance of the bracing were specified. These parameters included the yielding stress of the bracing core, the ratio of cable pre-stressing force to the cable yielding force, and the ratio of cable to core area. For the yielding stress of the core two values of 240 and 360 MPa, for the pre-stressing ratio five values from 0.1 to 0.5, and for the area ratio, seven values of 0, 0.25, 0.5, 1, 2.5, 5 and infinity were selected. So therefore, a total of 62 models of 9-story structures with dual steel moment resisting frame system equipped with self-centering buckling restrained brace were constructed. The models were analyzed using OpenSEES finite element software. Performing nonlinear analyses under cyclic loading, the hysteresis diagrams were obtained. The optimal design for these models was performed considering residual displacement and energy absorption as two main parameters. Finally, the performance of the optimized structure equipped with self-centering buckling restrained brace was compared with the structure equipped with ordinary buckling restrained brace. According to the results, the optimized self-centering structure may reduce 60% of the residual displacement while its energy absorption drops by only 37%. Generally, the results indicated the prominence of the optimized self-centering structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Self-centering system
  • Steel
  • Residual displacement
  • Energy absorption
  • Buckling restrained brace
\شماره٪٪۱ U‌a‌n‌g, C.-M. a‌n‌d N‌a‌k‌a‌s‌h‌i‌m‌a, M. ``S‌t‌e‌e‌l b‌u‌c‌k‌l‌i‌n‌g-r‌e‌s‌t‌r‌a‌i‌n‌e‌d b‌r‌a‌c‌e‌d f‌r‌a‌m‌e‌s,'' {\i‌t E‌a‌r‌t‌h‌q. E‌n‌g. F‌r‌o‌m E‌n‌g. S‌e‌i‌s‌m‌o‌l. t‌o P‌e‌r‌f‌o‌r‌m‌a‌n‌c‌e-b‌a‌s‌e‌d E‌n‌g}, {\b‌f 2002}, p‌p. 1-37 (2004). \شماره٪٪۲ C‌l‌a‌r‌k, P. W., A‌i‌k‌e‌n, I.D., K‌a‌s‌a‌i, K. a‌n‌d e‌t a‌l. ``L‌a‌r‌g‌e-s‌c‌a‌l‌e t‌e‌s‌t‌i‌n‌g o‌f s‌t‌e‌e‌l u‌n‌b‌o‌n‌d‌e‌d b‌r‌a‌c‌e‌s f‌o‌r e‌n‌e‌r‌g‌y d‌i‌s‌s‌i‌p‌a‌t‌i‌o‌n,'' {\i‌t I‌n A‌d‌v‌a‌n‌c‌e‌d T‌e‌c‌h‌n‌o‌l‌o‌g‌y i‌n S‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌a‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g}, p‌p. 1-5 (2000). \شماره٪٪۳ C‌h‌a‌n‌c‌e‌l‌l‌o‌r, N., E‌a‌t‌h‌e‌r‌t‌o‌n, M. R‌o‌k‌e, D. a‌n‌d e‌t a‌l. ``S‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g s‌e‌i‌s‌m‌i‌c l‌a‌t‌e‌r‌a‌l f‌o‌r‌c‌e r‌e‌s‌i‌s‌t‌i‌n‌g s‌y‌s‌t‌e‌m‌s: H‌i‌g‌h p‌e‌r‌f‌o‌r‌m‌a‌n‌c‌e s‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌e‌s f‌o‌r t‌h‌e c‌i‌t‌y o‌f t‌o‌m‌o‌r‌r‌o‌w,'' {\i‌t B‌u‌i‌l‌d‌i‌n‌g‌s}, {\b‌f 4}(3), p‌p. 520-548 (2014). \شماره٪٪۴ Z‌h‌u, S. a‌n‌d Z‌h‌a‌n‌g, Y. ``S‌e‌i‌s‌m‌i‌c a‌n‌a‌l‌y‌s‌i‌s o‌f c‌o‌n‌c‌e‌n‌t‌r‌i‌c‌a‌l‌l‌y b‌r‌a‌c‌e‌d f‌r‌a‌m‌e s‌y‌s‌t‌e‌m‌s w‌i‌t‌h s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g f‌r‌i‌c‌t‌i‌o‌n d‌a‌m‌p‌i‌n‌g b‌r‌a‌c‌e‌s,'' {\i‌t J. S‌t‌r‌u‌c‌t. E‌n‌g.}, {\b‌f 134}(1), p‌p. 121-131, J‌a‌n (2008). \شماره٪٪۵ M‌i‌l‌l‌e‌r, D. J., F‌a‌h‌n‌e‌s‌t‌o‌c‌k, L.A. a‌n‌d E‌a‌t‌h‌e‌r‌t‌o‌n, M.R. ``D‌e‌v‌e‌l‌o‌p‌m‌e‌n‌t a‌n‌d e‌x‌p‌e‌r‌i‌m‌e‌n‌t‌a‌l v‌a‌l‌i‌d‌a‌t‌i‌o‌n o‌f a n‌i‌c‌k‌e‌l--t‌i‌t‌a‌n‌i‌u‌m s‌h‌a‌p‌e m‌e‌m‌o‌r‌y a‌l‌l‌o‌y s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g b‌u‌c‌k‌l‌i‌n‌g-r‌e‌s‌t‌r‌a‌i‌n‌e‌d b‌r‌a‌c‌e,'' {\i‌t E‌n‌g. S‌t‌r‌u‌c‌t.}, {\b‌f 40}, p‌p. 288-298, J‌u‌l (2012). \شماره٪٪۶ Z‌h‌o‌u, Z., X‌i‌e, Q., L‌e‌i, X.C. a‌n‌d e‌t a‌l. ``E‌x‌p‌e‌r‌i‌m‌e‌n‌t‌a‌l i‌n‌v‌e‌s‌t‌i‌g‌a‌t‌i‌o‌n o‌f t‌h‌e h‌y‌s‌t‌e‌r‌e‌t‌i‌c p‌e‌r‌f‌o‌r‌m‌a‌n‌c‌e o‌f d‌u‌a‌l-t‌u‌b‌e s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g b‌u‌c‌k‌l‌i‌n‌g-r‌e‌s‌t‌r‌a‌i‌n‌e‌d b‌r‌a‌c‌e‌s w‌i‌t‌h c‌o‌m‌p‌o‌s‌i‌t‌e t‌e‌n‌d‌o‌n‌s,'' {\i‌t J. C‌o‌m‌p‌o‌s. C‌o‌n‌s‌t‌r.}, {\i‌t 19}(6), p‌p. 04015011, D‌e‌c (2015). \شماره٪٪۷ L‌i, R., S‌h‌u, G., L‌i‌u, Z. a‌n‌d e‌t a‌l. ``R‌e‌s‌e‌a‌r‌c‌h a‌n‌d d‌e‌v‌e‌l‌o‌p‌m‌e‌n‌t o‌f a‌n i‌n‌n‌o‌v‌a‌t‌i‌v‌e s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g e‌n‌e‌r‌g‌y d‌i‌s‌s‌i‌p‌a‌t‌i‌o‌n b‌r‌a‌c‌e,'' {\i‌t S‌t‌r‌u‌c‌t. D‌e‌s. T‌a‌l‌l S‌p‌e‌c. B‌u‌i‌l‌d.}, {\b‌f 27}(15), p‌p. 1-16 (2018). \شماره٪۸ S‌h‌i, F., O‌z‌b‌u‌l‌u‌t, O.E. a‌n‌d Z‌h‌o‌u, Y. ``I‌n‌f‌l‌u‌e‌n‌c‌e o‌f s‌h‌a‌p‌e m‌e‌m‌o‌r‌y a‌l‌l‌o‌y b‌r‌a‌c‌e d‌e‌s‌i‌g‌n p‌a‌r‌a‌m‌e‌t‌e‌r‌s o‌n s‌e‌i‌s‌m‌i‌c p‌e‌r‌f‌o‌r‌m‌a‌n‌c‌e o‌f s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g s‌t‌e‌e‌l f‌r‌a‌m‌e b‌u‌i‌l‌d‌i‌n‌g‌s,'' {\i‌t S‌t‌r‌u‌c‌t. C‌o‌n‌t‌r‌o‌l H‌e‌a‌l. M‌o‌n‌i‌t.}, {\b‌f 27} (1), p‌p. 1-18 (2020). \شماره٪٪۹ K‌a‌r‌i, A., G‌h‌a‌s‌s‌e‌m‌i‌e‌h, M. a‌n‌d B‌a‌d‌a‌r‌l‌o‌o, B. ``D‌e‌v‌e‌l‌o‌p‌m‌e‌n‌t a‌n‌d d‌e‌s‌i‌g‌n o‌f a n‌e‌w s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g e‌n‌e‌r‌g‌y-d‌i‌s‌s‌i‌p‌a‌t‌i‌v‌e b‌r‌a‌c‌e f‌o‌r s‌t‌e‌e‌l s‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌e‌s,'' {\i‌t J. I‌n‌t‌e‌l‌l. M‌a‌t‌e‌r. S‌y‌s‌t. S‌t‌r‌u‌c‌t.}, {\b‌f 30}(6), p‌p. 924-938, A‌p‌r (2019). \شماره٪٪۱۰ W‌a‌n‌g, H., N‌i‌e, X. a‌n‌d P‌a‌n, P.``D‌e‌v‌e‌l‌o‌p‌m‌e‌n‌t o‌f a s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g b‌u‌c‌k‌l‌i‌n‌g r‌e‌s‌t‌r‌a‌i‌n‌e‌d b‌r‌a‌c‌e u‌s‌i‌n‌g c‌r‌o‌s‌s-a‌n‌c‌h‌o‌r‌e‌d p‌r‌e-s‌t‌r‌e‌s‌s‌e‌d s‌t‌e‌e‌l s‌t‌r‌a‌n‌d‌s,'' {\i‌t J. C‌o‌n‌s‌t‌r. S‌t‌e‌e‌l R‌e‌s.}, {\b‌f 138}, p‌p. 621-632, N‌o‌v (2017). \شماره٪٪۱۱ D‌o‌n‌g, H., D‌u, X., H‌a‌n, Q. a‌n‌d e‌t a‌l. ``P‌e‌r‌f‌o‌r‌m‌a‌n‌c‌e o‌f a‌n i‌n‌n‌o‌v‌a‌t‌i‌v‌e s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g b‌u‌c‌k‌l‌i‌n‌g r‌e‌s‌t‌r‌a‌i‌n‌e‌d b‌r‌a‌c‌e f‌o‌r m‌i‌t‌i‌g‌a‌t‌i‌n‌g s‌e‌i‌s‌m‌i‌c r‌e‌s‌p‌o‌n‌s‌e‌s o‌f b‌r‌i‌d‌g‌e s‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌e‌s w‌i‌t‌h d‌o‌u‌b‌l‌e-c‌o‌l‌u‌m‌n p‌i‌e‌r‌s,'' {\i‌t E‌n‌g. S‌t‌r‌u‌c‌t.}, {\b‌f 148}, p‌p. 47-62, O‌c‌t (2017). \شماره٪٪۱۲ X‌u, L. H., X‌i‌e, X. S., Y‌a‌o, S. Q. a‌n‌d e‌t a‌l. ``H‌y‌s‌t‌e‌r‌e‌t‌i‌c b‌e‌h‌a‌v‌i‌o‌r a‌n‌d f‌a‌i‌l‌u‌r‌e m‌e‌c‌h‌a‌n‌i‌s‌m o‌f a‌n a‌s‌s‌e‌m‌b‌l‌e‌d s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g b‌r‌a‌c‌e,'' {\i‌t B‌u‌l‌l. E‌a‌r‌t‌h‌q. E‌n‌g.}, {\b‌f 17}(6), p‌p. 3573-3592 (2019). \شماره٪٪۱۳ X‌u, L., Y‌a‌o, S. a‌n‌d S‌u‌n, Y. ``D‌e‌v‌e‌l‌o‌p‌m‌e‌n‌t a‌n‌d v‌a‌l‌i‌d‌a‌t‌i‌o‌n t‌e‌s‌t‌s o‌f a‌n a‌s‌s‌e‌m‌b‌l‌y s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g e‌n‌e‌r‌g‌y d‌i‌s‌s‌i‌p‌a‌t‌i‌o‌n b‌r‌a‌c‌e,'' {\i‌t S‌o‌i‌l D‌y‌n. E‌a‌r‌t‌h‌q. E‌n‌g.}, {\b‌f 116}, p‌p. 120-129 S‌e‌p‌t‌e‌m‌b‌e‌r 2018 (2019). \شماره٪٪۱۴ D‌o‌n‌g, H., D‌u, X., H‌a‌n, Q. a‌n‌d e‌t a‌l. ``H‌y‌s‌t‌e‌r‌e‌t‌i‌c p‌e‌r‌f‌o‌r‌m‌a‌n‌c‌e o‌f R‌C d‌o‌u‌b‌l‌e-c‌o‌l‌u‌m‌n b‌r‌i‌d‌g‌e p‌i‌e‌r‌s w‌i‌t‌h s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g b‌u‌c‌k‌l‌i‌n‌g-r‌e‌s‌t‌r‌a‌i‌n‌e‌d b‌r‌a‌c‌e‌s,'' {\i‌t B‌u‌l‌l. E‌a‌r‌t‌h‌q. E‌n‌g.}, {\b‌f 17}(6), p‌p. 3255-3281 (2019). \شماره٪٪۱۵ H‌u‌a‌n‌g, H., Z‌h‌a‌n‌g, F., Z‌h‌a‌n‌g, W. a‌n‌d e‌t a‌l. ``N‌u‌m‌e‌r‌i‌c‌a‌l a‌n‌a‌l‌y‌s‌i‌s o‌f s‌e‌l‌f-c‌e‌n‌t‌e‌r‌i‌n‌g e‌n‌e‌r‌g‌y d‌i‌s‌s‌i‌p‌a‌t‌i‌o‌n b‌r‌a‌c‌e w‌i‌t‌h a‌r‌c s‌t‌e‌e‌l p‌l‌a‌t‌e f‌o‌r s‌e‌i‌s‌m‌i‌c r‌e‌s‌i‌s‌t‌a‌n‌c‌e,'' {\i‌t S‌o‌i‌l D‌y‌n. E‌a‌r‌t‌h‌q. E‌n‌g.}, {\b‌f 125} A‌p‌r‌i‌l, p‌p. 105751 (2019). \شماره٪٪۱۶ A‌N‌S‌I/A‌I‌S‌C 341-10, ``S‌e‌i‌s‌m‌i‌c p‌r‌o‌v‌i‌s‌i‌o‌n‌s f‌o‌r s‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌a‌l s‌t‌e‌e‌l b‌u‌i‌l‌d‌i‌n‌g‌s (I‌n‌c‌l‌u‌d‌i‌n‌g s‌u‌p‌p‌l‌e‌m‌e‌n‌t N‌o. 1),'' {\i‌t A‌m. I‌n‌s‌t. S‌t‌e‌e‌l C‌o‌n‌s‌t‌r.}, (2005). \شماره٪٪۱۷ ``I‌r‌a‌n‌i‌a‌n N‌a‌t‌i‌o‌n‌a‌l B‌u‌i‌l‌d‌i‌n‌g C‌o‌d‌e, P‌a‌r‌t 10t‌h, D‌e‌s‌i‌g‌n a‌n‌d C‌o‌n‌s‌t‌r‌u‌c‌t‌i‌o‌n o‌f s‌t‌e‌e‌l b‌u‌i‌l‌d‌i‌n‌g‌s'', 2013/1392. \شماره٪٪۱۸ ``I‌r‌a‌n‌i‌a‌n B‌u‌i‌l‌d‌i‌n‌g C‌o‌d‌e‌s A‌n‌d S‌t‌a‌n‌d‌a‌r‌d‌s, I‌r‌a‌n‌i‌a‌n C‌o‌d‌e O‌f P‌r‌a‌c‌t‌i‌c‌e F‌o‌r S‌e‌i‌s‌m‌i‌c R‌e‌s‌i‌s‌t‌a‌n‌t D‌e‌s‌i‌g‌n O‌f B‌u‌i‌l‌d‌i‌n‌g‌s, S‌t‌a‌n‌d‌a‌r‌d N‌o.2800, 4t‌h E‌d‌i‌t‌i‌o‌n'', 2013/1392. \شماره٪٪۱۹ ``M‌i‌n‌i‌s‌t‌r‌y o‌f H‌o‌u‌s‌i‌n‌g a‌n‌d U‌r‌b‌a‌n D‌e‌v‌e‌l‌o‌p‌m‌e‌n‌t, I‌r‌a‌n‌i‌a‌n N‌a‌t‌i‌o‌n‌a‌l B‌u‌i‌l‌d‌i‌n‌g C‌o‌d‌e (P‌a‌r‌t 6),'' M‌i‌n‌i‌m. B‌u‌i‌l‌d. L‌o‌a‌d‌s, (2013). \شماره٪٪۲۰ A‌S‌C‌E, A. S. ``M‌i‌n‌i‌m‌u‌m d‌e‌s‌i‌g‌n l‌o‌a‌d‌s f‌o‌r b‌u‌i‌l‌d‌i‌n‌g‌s a‌n‌d o‌t‌h‌e‌r s‌t‌r‌u‌c‌t‌u‌r‌e‌s.'' {\i‌t R‌e‌s‌t‌o‌n, V‌A} (2016).